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Il nostro microbioma intestinale influenza il metabolismo attraverso il sistema immunitario

L’intestino della mosca della frutta condivide gran parte della stessa fisiologia dell’intestino umano, solo più semplice e su una scala più piccola. Credito: Adam Wong, PhD. Modificato da modelli e meccanismi della malattia.

La ricerca ci dice che i batteri commensali o “buoni” che abitano il nostro intestino aiutano a regolare il nostro metabolismo. Un nuovo studio sui moscerini della frutta, pubblicato il 21 giugno in Cell Metabolism, evidenzia il modo sorprendente in cui lo fanno.

Lo studio, condotto da Paula Watnick, MD, Ph.D., della divisione delle malattie infettive presso l’ospedale pediatrico di Boston, rivela che i percorsi immunitari innati, meglio conosciuti come la nostra prima linea di difesa contro le infezioni batteriche, fanno un lavoro parallelo che è ugualmente importante.

Nell’intestino, le cellule digestive utilizzano una via immunitaria innata per rispondere ai batteri nocivi . Ma altre cellule intestinali, le cellule enteroendocrine, usano la stessa via, conosciuta come IMD, per rispondere ai batteri “buoni” – regolando il metabolismo corporeo alla dieta e alle condizioni intestinali.

“Alcuni percorsi immunitari innati non sono solo per l’immunità innata”, dice Watnick. “I percorsi immunitari innati stanno anche ascoltando i batteri” buoni “e rispondono metabolicamente”.

Sindrome metabolica, fegato grasso nelle mosche

Watnick e i suoi colleghi sapevano dalla loro precedente ricerca che i batteri che vivono nell’intestino delle mosche producono un acido grasso a catena corta, l’acetato, essenziale per il metabolismo lipidico dei moscerini e la segnalazione dell’insulina. Le mosche senza batteri nel loro intestino (e quindi senza acetato) accumulavano goccioline di grasso nelle loro cellule digestive. Il laboratorio di Norbert Perrimon, Ph.D., presso la Harvard Medical School aveva precedentemente trovato goccioline di grasso simili nelle mosche le cui cellule enteroendocrine mancavano di tachichinina, una proteina simile all’insulina importante nella crescita, nel metabolismo dei lipidi e nella segnalazione dell’insulina.

“Quando c’è un problema nel processare glucosio o lipidi, i grassi rimangono bloccati in queste goccioline nelle cellule che non sono progettate per la conservazione del grasso”, dice.

Il nuovo studio ha usato ancora moscerini della frutt, che sono facili da allevare e manipolare geneticamente e hanno tipi di cellule nel loro intestino molto simili agli umani “. Quando Watnick e colleghi hanno esaminato le mosche con mutazioni nel percorso immunitario innato dell’IMD, hanno visto di nuovo grosse goccioline nel loro intestino.

Watnick crede che queste grasse gocce, causate dalla perdita di batteri intestinali, dalla perdita di tachichinina o della via immunitaria innata, siano l’equivalente del fegato grasso. Il loro accumulo è un segno che il corpo non può metabolizzare correttamente carboidrati e grassi. In sostanza, Watnick pensa che queste mosche abbiano una sindrome metabolica, comunemente associata all’obesità e al diabete di tipo 1.

Definire il ruolo del sistema immunitario nel metabolismo

Come sono correlati i batteri intestinali, il sistema immunitario innato e il metabolismo? Attraverso una serie di esperimenti, il team ha iniziato a stuzzicare esattamente come i batteri esercitano la loro influenza metabolica. Hanno dimostrato che:

  • Il percorso immunitario innato stimola le cellule enteroendocrine a produrre tachichinina.
  • In assenza di entrambi i batteri o del loro prodotto di degradazione, acetato, non viene prodotta alcuna tachichinina.
  • Quando alle mosche prive di germi viene somministrato acetato, il percorso immunitario innato viene riattivato e il loro metabolismo si normalizza.
  • Per ricevere il segnale acetato è necessario un recettore immunitario innato specifico sulle cellule enteroendocrine, PGRP-LC.

“Sappiamo che i batteri controllano il nostro metabolismo, ma nessuno si è reso conto che i batteri interagiscono con percorsi di segnalazione immunitaria innata nelle cellule enteroendocrine”, afferma Watnick. “Forse questi percorsi sono in realtà un sistema che consente alle cellule di riconoscere i batteri per diversi motivi.”

Un’interazione a due punte

Lo studio ha anche dimostrato che l’attivazione del percorso immunitario innato nelle cellule enteroendocrine è essenziale per la normale crescita e lo sviluppo dei moscerini mosche. Quando Watnick e colleghi hanno disattivato il percorso, hanno avuto moscerini stracolmi di crescita. Nutrire i moscerini con acetato o riattivando direttamente il percorso immunitario innato li ha fatti crescere di nuovo.

Sebbene Watnick ora vorrebbe confermare queste scoperte in un modello di mammifero, lo studio delinea ulteriormente quella che sembra essere una doppia interazione tra il nostro microbioma e il nostro metabolismo. I buoni batteri fermentano i nutrienti nella nostra dieta e rilasciano acidi grassi a catena corta come l’acetato, che ci aiutano a ottimizzare il nostro uso e lo stoccaggio dei nutrienti. I batteri patogeni “cattivi” fanno il contrario: consumano acidi grassi, impedendo il metabolismo sano. Uno squilibrio nel nostro microbioma intestinale è stato collegato all’obesità e talvolta contribuisce alla malnutrizione . (Altro in questo articolo completo scritto da Watnick con i membri del laboratorio Adam Wong e Audrey Vanhove).

E poiché l’acetato è prodotto attraverso la fermentazione, Watnick e colleghi ipotizzano che mangiare più carboidrati fermentabili possa aumentare i livelli di  e promuovere un buon . Tali alimenti possono aiutare a contrastare gli squilibri nei nostri batteri intestinali, come quelli causati dall’uso prolungato di antibiotici, suggeriscono.